壓力容器的強(qiáng)度與設(shè)計(jì)(XXXX-11-12)

1、壓力容器強(qiáng)度與設(shè)計(jì)壓力容器設(shè)計(jì)中所涉及到的力學(xué)問(wèn)題包括強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性問(wèn)題。強(qiáng)度是研究構(gòu)件受力后會(huì)不會(huì)破壞或過(guò)量塑性變形的為題，是我們關(guān)心的主要問(wèn)題。剛度是研究構(gòu)件受力后產(chǎn)生的彈性變形量是否在規(guī)定的范圍內(nèi)。穩(wěn)定性是研究構(gòu)件受力后會(huì)不會(huì)突然改變其幾何形狀的問(wèn)題1 工程實(shí)際中，應(yīng)用較多的是薄壁容器，并且，這些容器的幾何形狀常常是軸對(duì)稱的，而且所受到的介質(zhì)壓力也常常是軸對(duì)稱的，甚至于它的支座，或者說(shuō)約束條件都對(duì)稱于回轉(zhuǎn)軸，我們把幾何形狀、所受外力、約束條件都對(duì)稱于回轉(zhuǎn)軸的問(wèn)題稱為軸對(duì)稱問(wèn)題。2（一）面1、中間面：平分殼體厚度的曲面稱為殼體的中間面，中間面與殼體內(nèi)外表面等距離，它代表了殼體的幾何特性

2、。2、回轉(zhuǎn)曲面：由平面直線或平面曲線繞其同平面內(nèi)的回轉(zhuǎn)軸回轉(zhuǎn)一周所形成的曲面。3、回轉(zhuǎn)殼體：由回轉(zhuǎn)曲面作中間面形成的殼體稱為回轉(zhuǎn)殼體。 回轉(zhuǎn)殼體中的幾個(gè)重要的幾何概念3（二）線1、母線：繞回轉(zhuǎn)軸回轉(zhuǎn)形成中間面的平面曲線。2、經(jīng)線：過(guò)回轉(zhuǎn)軸的平面與中間面的交線。3、法線：過(guò)中間面上的點(diǎn)且垂直于中間面的直線稱為中間面在該點(diǎn)的法線（法線的延長(zhǎng)線必與回轉(zhuǎn)軸相交）。4、緯線：以法線為母線繞回轉(zhuǎn)軸回轉(zhuǎn)一周所形成的圓錐法截面與中間面的交線。5、平行圓：垂直于回轉(zhuǎn)軸的平面與中間面的交線稱平行圓。顯然，平行圓即緯線。 第一節(jié) 薄膜應(yīng)力理論4（三）、半徑1、第一曲率半徑：中間面上任一點(diǎn)M處經(jīng)線的曲率半徑為該點(diǎn)的“

3、第一曲率半徑”R1，R1=MK1。 數(shù)學(xué)公式： 2、第二曲率半徑：通過(guò)經(jīng)線上一點(diǎn)M的法線作垂直于經(jīng)線的平面與中間面相割形成的曲線MEF，此曲線在M點(diǎn)處的曲率半徑稱為該點(diǎn)的第二曲率半徑R2。第二曲率半徑的中心落在回轉(zhuǎn)軸上，其長(zhǎng)度等于法線段MK2，即R2=MK2。 第一節(jié) 薄膜應(yīng)力理論5 第一節(jié) 薄膜應(yīng)力理論6二、薄壁容器及其應(yīng)力特點(diǎn)1、薄壁容器 容器的厚度與其最大截面圓的內(nèi)徑之比小于0.1，即S/Di0；在xa處，有三種情況：0，即為壓應(yīng)力，a/b值越大，即封頭成型越淺，x=a處的壓應(yīng)力越大。（4）當(dāng)a/b2時(shí)，即標(biāo)準(zhǔn)形式的橢圓形封頭。第二節(jié) 薄膜理論的應(yīng)用24第二節(jié) 薄膜理論的應(yīng)用25四、受氣

4、體內(nèi)壓的錐形殼體 代入微體平衡方程式及區(qū)域平衡方程式并求解得： 26五、受氣體內(nèi)壓的碟形殼27第二節(jié) 薄膜理論的應(yīng)用28第二節(jié) 薄膜理論的應(yīng)用2930第二節(jié) 薄膜理論的應(yīng)用31拉、壓彎曲剪應(yīng)力強(qiáng)度條件 ：扭轉(zhuǎn)彎曲剪切 2 -3 強(qiáng)度理論的概念 一 、 引言正應(yīng)力強(qiáng)度條件 ：322、 材料的許用應(yīng)力 ，是通過(guò)拉(壓)試驗(yàn)或純剪試 驗(yàn)測(cè)定試件在破壞時(shí)其橫截面上的極限應(yīng)力,以 此極限應(yīng)力作為強(qiáng)度指標(biāo),除以適當(dāng)?shù)陌踩禂?shù) 而得。即根據(jù)相應(yīng)的試驗(yàn)結(jié)果建立的強(qiáng)度條件。上述強(qiáng)度條件具有如下特點(diǎn)：1、 危險(xiǎn)點(diǎn)處于單向應(yīng)力狀態(tài)或純剪切應(yīng)力狀態(tài)。33 根據(jù)材料在復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下破壞時(shí)的一些現(xiàn)象與形式 ,進(jìn)行分析,提

5、出破壞原因的假說(shuō),在這些假說(shuō)的基礎(chǔ)上,可利用材料在單向應(yīng)力狀態(tài)時(shí)的試驗(yàn)結(jié)果 , 來(lái)建立材料在復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下的強(qiáng)度條件。 二、 強(qiáng)度理論的概念34 基本觀點(diǎn) 構(gòu)件受外力作用而發(fā)生破壞時(shí)，不論破壞的表面現(xiàn)象如何復(fù)雜，其破壞形式總不外乎幾種類型，而同一類型的破壞則可能是某一個(gè)共同因素所引起的。35 2. 屈服失效: 材料出現(xiàn)顯著的塑性變形而喪 失其正常的工作能力。1. 脆斷破壞: 無(wú)明顯的變形下突然斷裂。 材料破壞的兩種類型（常溫、靜載荷）36 引起破壞的某一共同因素最大正應(yīng)力最大剪應(yīng)力比能最大線應(yīng)變37 2、 同種材料,不同應(yīng)力狀態(tài)下,即對(duì)于危險(xiǎn)點(diǎn)處于 復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)的構(gòu)件,三個(gè)主應(yīng)力 1 ，2 ，

6、3 間的比例不同，其破壞形式不同。 結(jié)論 1、 不同材料,破壞形式不同;38 四個(gè)強(qiáng)度理論及其相當(dāng)應(yīng)力在常溫、靜載荷下，常用的四個(gè)強(qiáng)度理論分兩類包括：最大拉應(yīng)力理論和最大伸長(zhǎng)線應(yīng)變理論 第 二類強(qiáng)度理論以出現(xiàn)屈服現(xiàn)象作為破壞的標(biāo)志包括：最大剪應(yīng)力理論和形狀改變比能理論第 一類強(qiáng)度理論以脆斷作為破壞的標(biāo)志39根據(jù)：當(dāng)作用在構(gòu)件上的外力過(guò)大時(shí)，其危險(xiǎn)點(diǎn)處的材 料就會(huì)沿最大拉應(yīng)力所在截面發(fā)生脆斷破壞。 注意：無(wú)拉應(yīng)力時(shí)，該理論無(wú)法應(yīng)用。第 一類強(qiáng)度理論 一、 最大拉應(yīng)力理論（第一強(qiáng)度理論） 基本假說(shuō)：最大拉應(yīng)力1是引起材料脆斷破壞的因素。脆斷破壞的條件： 1 = u （材料極限值）強(qiáng)度條件： 1 （

7、10-1）40二、 最大伸長(zhǎng)線應(yīng)變理論（第二強(qiáng)度理論）基本假說(shuō)：最大伸長(zhǎng)線應(yīng)變 1 是引起材料脆斷破壞的因素。脆斷破壞的條件：若材料服從胡克定律。則根據(jù)：當(dāng)作用在構(gòu)件上的外力過(guò)大時(shí)，其危險(xiǎn)點(diǎn)處的材料 就會(huì)沿垂直于最大伸長(zhǎng)線應(yīng)變方向的平面發(fā)生 脆斷破壞。 41或最大伸長(zhǎng)線應(yīng)變?yōu)閺?qiáng)度條件為（10-2）42第 二 類強(qiáng)度理論屈服條件（屈服判據(jù)）：三、 最大剪應(yīng)力理論 (第三強(qiáng)度理論)基本假說(shuō)： 最大剪應(yīng)力 max 是引起材料屈服的因素。根據(jù)：當(dāng)作用在構(gòu)件上的外力過(guò)大時(shí)，其危險(xiǎn)點(diǎn)處的材料就會(huì)沿最大剪應(yīng)力所在截面滑移而發(fā)生屈服失效。43 在復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下一點(diǎn)處的最大剪應(yīng)力為或強(qiáng)度條件為：（103）44 四、 形狀改變比能理論（第四強(qiáng)度理論）基本假說(shuō)：形狀改變比能 uf 是引起材料屈服的因素。屈服條件：uf = uf u將代入上式，可得材料的極限值45 強(qiáng)度條件為：（10-4）46五、強(qiáng)度條件的統(tǒng)一形式強(qiáng)度條件可統(tǒng)一寫作：r 稱為相當(dāng)應(yīng)力123rr47表 10 -1 四個(gè)強(qiáng)度理論的相當(dāng)應(yīng)力表達(dá)式第4強(qiáng)度理論形狀改變比能理論第1強(qiáng)度理論最大拉應(yīng)力理論第2強(qiáng)度理論最大伸長(zhǎng)線應(yīng)變理論第3強(qiáng)度理論最大剪應(yīng)力理論第一類強(qiáng)度理論（脆斷破壞的 理論）第二類強(qiáng)度理論（屈服失效的 理論）